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新型结构体系亟待创新

作者：建筑中国建筑金属结构信息网网    
时间：2011-08-23 10:01:15 [收藏]

    关键词：创新 亟待 体系 结构
        造房子能否像搭积木一样简单快捷又节能环保呢？一项全新的新型全预制混凝土装配技术(NPC)让这成为可能。从国内第一幢利用此技术建造的中南世纪城33号楼揭开面纱，至中南世纪城36号全预制装配式小高层结构封顶，中南集团研发并实施的中国首批4幢全预制装配式小高层住宅在江苏海门建成，实现了真正像搭积木一样盖楼，为新的建筑结构体系增添了新的工程案例。

        “搭”起来的房子

        中南集团南通建筑总承包公司在两年前开始引进澳大利亚康诺克预制技术及日本的抗震技术，经过消化、吸收、改进和研发，形成了新型建筑结构体系。这一技术采取工厂机械化生产、现场装配的形式进行建筑施工，与目前国内的现场施工浇筑的施工工艺相比，具有节能环保、缩短施工期、缩减施工成本的特点。

        据中南集团相关负责人介绍，采用新型全预制混凝土装配技术，一方面施工时不需要搭建专门的脚手架；另一方面，在工厂机械化生产部件可以大大减少水泥等原材料的流失，而且比现场浇筑出的部件更加规整、坚固，表面光滑，无需粉刷，直接涂敷涂料就行。由于生产好的部件运到工地就可拼装，不需现场浇筑，只需在接缝和榫头处进行缝合施工，这样可以保持工地的整洁有序，最大限度地降低建筑施工噪声污染。

        据初步测算，采用这一技术建成的33号楼地上部分共9层，与常规施工相比，材料可以减少30%以上，工人可以减少30%~40%，工期可缩短1/3。而且，如果将这一技术在10层以上高楼全面推广、成批建设，效益会进一步得到提升。

        钢筋混凝土结构的遗憾

        建筑结构体系是建筑的骨架。我国的结构体系非常丰富，从较原始的土结构、石结构、木结构到以后的砖结构、钢筋混凝土结构、中国建筑金属结构信息网、膜结构、组合结构，无所不有。它的取用决定于资源、价格成本、结构形式、气候条件、文化基础等多种因素。

        长期以来，我国房屋建筑主要采用两种结构形式，即砌体结构(普通实心砖、空心砖、砌块)和钢筋混凝土结构(框架、框支、框剪、框筒、筒中筒)。

        改革开放前，房屋建筑以多层砌体结构为主，约占80%～90%左右。黏土砖曾经是我国千百年来的主要建筑材料。上世纪90年代初，黏土砖生产集中的地区窑坑遍布，生态环境恶化。为了避免毁田烧砖，实现经济与社会的可持续发展，国家的墙改政策强制出台，在170个城市禁止使用实心黏土砖，千百年沿用的“秦砖汉瓦”，从建筑施工中逐渐“退役”，钢筋混凝土结构遂成为我国新建工程中的主导结构。

        国外研究表明，钢筋混凝土建筑的耗能量，为中国建筑金属结构信息网建筑的1.2倍，其耗能所产生的CO2排放量为中国建筑金属结构信息网建筑的1.4倍，可见钢筋混凝土建筑对地球环保有很大的杀伤力。而且，钢筋混凝土建筑构件的断面大，要消耗大量的砂石、水泥和水，导致国土流失；当其寿终正寝，拆除解体时，其废弃的渣块屑又难以回收再利用，造成环境的大负荷，拆解中的扬尘再次冲击环保。

        其次，由于钢筋混凝土结构自重大，对基础提出了更高的要求。目前我国的高层建筑几乎都采用钢筋混凝土桩基础，视土质地层情况，打入地下不同深度，用支承和摩擦两种方式把上部结构托起来。一般来讲基础工程占土建造价的1/3左右，它的最大弊端是在地下空间建立混凝土森林，给我们的城市地下空间开发设置了很大的障碍，破坏了地下空间环境。如上海市约有6000幢高层，桩大致有40余米和60余米两种规格，在修建上海地铁时，规划线路遇到很大的麻烦，暴露了很大的负面效应。

        最后，由于我国对钢筋混凝土结构的施工方法还在沿用现浇施工法，伴随而生的是建材浪费、现场的噪声及空气污染、大量的废弃物、模板周转率低下、工程质量问题时有发生等一系列与绿色建筑背道而驰的现象。

        结构体系多元化

        国外学者已明确钢筋混凝土结构体系为非绿色建筑，我国目前还是主导结构。当前，这是剖析我国绿色建筑中的首当其冲的大问题，也是重新审视我国建筑结构体系的大好机遇。

        砌块建筑在我国已有几十年的发展史，时兴时落。这种体系的最大优点是充分利用废渣废料(粉煤灰)及地方资源，制作方便，便于在砌体结构中竖向配筋，不仅用来盖多层，还可盖高层，价格不高，施工简单。不毁田，又利废，还节能，且耐久，与其他建材相比，可归类于绿色建筑。

        发达国家的轻中国建筑金属结构信息网(壁厚于小4mm)发展甚快，尤其近年来已从低层结构发展到多层结构，甚至于中高层结构(7-9层)。这类结构除了重量轻省料、所用的材料均属再生材料外，大量的构件系工厂化生产，能保证工程质量，施工周期短，是典型的绿色建筑。

        木结构理所当然地属绿色建筑。一方面我国的林业科学发展迅速，提供“速成林”的木材给建筑使用；另一方面，西方国家在我国加入世贸组织后，出于他们的生态平衡，急需伐树出口到中国，价格合理的话，也可视作能接受的一种结构体系。

        膜结构仅局限于部分公共建筑的应用。近年来膜结构工程已经在全国各地如雨后春笋般建立起来：1995年建造了第一个面积为3300平方米的典型膜结构工程；从1996年至2001年，六年内建造的膜结构估计达37万平方米。由于一些大型体育场的建成，及一些体育、休闲、展览、航空港、机库等大空间和超大空间建筑物的膜结构工程日渐增多，膜结构的建设正在以平均每年20%的速度增长。由于工程实践的数量较多，我国的膜结构行业也已步入了规范、有序的管理状态。2004年8月1日《膜结构技术规程》正式颁布实施。至今，在我国建成的膜结构工程已近千项，膜结构企业也发展到近百家。

        绿色建筑提出了建筑结构体系选择的新问题。要创造出一种新的结构体系绝非易事，在可持续发展的新形势下，结构工程师要做出新的抉择。

        建筑工业化：建筑业的发展方向

        建筑工业化生产的口号时起时伏呼吁几十年，始终没落到实处。今天我们讨论绿色建筑之际，还得反思工业化生产的老问题。以工业生产工艺的方式兴建建筑物，也就是将建筑物的部品工业化、预制化、规格化，以及采用自动化机具来施工。

        荷兰建筑大师尼古拉斯・约翰・哈布瑞肯于1964年就住宅的工业化体系提出大众(集合)住宅的设计理论：住宅体系=支撑体(共性)+可拆合单元(个性)。支撑体是属于大众共同决定的实体部分，实现途径是采用标准化的工业化手段获得高质量、高效率、高经济效益；可拆合单元则是属于个人所控制的空间领域，实现途径是部件化、模数化、多品种。

        工业化生产与现浇施工相比较，减少了许多不必要的建材浪费，同时可减少施工的粉尘、噪音及光污染。台湾学者的研究数据表明，现场施工钢筋混凝土每平方米楼板面积会产生1.8公斤的粉尘和0.14公斤的固体废弃物，在日后拆除阶段则产生1.23公斤的固体废弃物。有人统计正常的工业化生产可减少工地现场废弃物三成，减少施工空气污染一成，减少5%的建材使用量，对环境保护意义重大。

        工业化生产应划入绿色建筑涵义范畴。随着我国房地产市场的迅猛发展，近期工业化生产有上升的趋势。有发展眼光的开发商在做大做强的同时，尝试模式创新，他们在图谋部品化→工厂化→产业化的建房模式，这的确是绿色建筑的发展途径。

        建筑工业化，首先应从设计开始，从结构入手，建立新型结构体系，包括中国建筑金属结构信息网体系、预制装配式结构体系，要让大部分的建筑构件，包括成品、半成品，实行工厂化作业，减少施工现场作业。多层建筑应由传统的砖混结构向预制框架结构发展；高层及小高层建筑应由框架向剪力墙或中国建筑金属结构信息网方向发展；施工上应从现场浇筑向预制构件、装配式方向发展；建筑构件、成品、半成品以后场化、工厂化生产制作为主。

        节能型建筑结构体系是近年来快速发展起来的新技术群体，这些技术的共同特点包括可以取代砖混结构及黏土制品，可以保护耕地、节约能源；在建筑物全生命周期内不需要对保温层进行维护、维修；有很好的抗震性能；实现了工厂化生产，有70%的构件可以在工厂生产，施工方便快捷；适用于各种气候带，可以抗飓风；实现了空间灵活分割。

        在新型结构体系中，应尽快推广建设中国建筑金属结构信息网建筑，应用预制混凝土装配式结构建筑，研发复合木结构建筑。

        我国新型建筑结构还处于成长时期，超大跨度复杂结构的工程实践还不多；一些代表国际发展方向的新型体系在我国则还处于空白或学习阶段。主要表现在建筑设计与结构技术严重脱节、结构形式还比较拘谨单一，较少大胆创新之作，说明新颖的建筑构思与先进的结构创造之间尚缺乏理想的有机结合;一些有巨大前景的新颖结构形式如索网、索穹顶、整体张拉体系、可开合结构等在国外已有不少成功的工程实践，在我国则还处于空白或起步阶段。

        经过十年来的迅速发展，我国新型建筑结构的发展急需努力跃上新台阶，需要大胆创新，摈弃简单抄袭和模仿，注重建筑与结构的有机结合，努力创造精品。这一新台阶包含材料和生产条件等技术问题，也包含尚未很好解决的一些理论问题。我国新型建筑结构进一步的发展，还有待科技工作者和建筑产业链上的所有企业加倍努力。
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